双方向に送流可能なバルブ機構およびそれを用いた容積変動型ポンプ構造
【課題】 容易に送流方向を逆流させることを可能としたバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造を提供する
【解決手段】 左右に孔部を設け、さらにその中に一体形成された、円盤状のバルブ部を持つように、弾性材で形成されたバルブシートを剛体であるバルブプレートによって保持し、可動バルブ部を構成し、さらにそのバルブ部間の中央に軸部を設けることによって、バルブシートを保持したバルブプレートがその軸部を支点とし、シーソー動作をすることで、送流方向を自在に変換することが可能となる。
【解決手段】 左右に孔部を設け、さらにその中に一体形成された、円盤状のバルブ部を持つように、弾性材で形成されたバルブシートを剛体であるバルブプレートによって保持し、可動バルブ部を構成し、さらにそのバルブ部間の中央に軸部を設けることによって、バルブシートを保持したバルブプレートがその軸部を支点とし、シーソー動作をすることで、送流方向を自在に変換することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイアフラムポンプ等における、双方向に送流可能なバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容積変動型ポンプとしては、ピストンやダイアフラム等を用いたものが一般的に知られているが、なかでも、微量な液体を送液するマイクロポンプには数多くの機構原理が存在し、例えば弁機構においてはリードバルブ型、バルブレス型などがあり、又、駆動系では小型モータを用いたダイヤフラム型、ピストン型などの機構を有するマイクロポンプが以前から一般的に知られている（特許文献１）。この種のマイクロポンプは、医療機器及び化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられ、現在、より高精度な制御ができる小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。
【０００３】
図３は、本出願人が先に出願した従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプの一例である（特許文献２）。図示したマイクロポンプ１０は、駆動部側として、例えばコアレスモータなどの小型モータ１１を駆動源とし、前記小型モータ１１の駆動軸１２と、前記駆動軸１１に備えられたエキセントリック１３と、前記エキセントリック１３と摺動するコネクティングスライダ１４からなる前記駆動軸１２の回転運動を往復ピストン運動に変換するスライダ・カム機構１５と、スライダーケース１６より構成され、また、ポンプ部側としては、吸入口１７と排出口１８を備えるバルブヘッド部１９と、吸排出用のバルブ２０をそれぞれ１箇所ずつ有するバルブケース２１部と、ダイアフラム２２と、前記ダイアフラム２２を前記バルブケース２１部に固定するダイアフラムマウント２３から概略構成されている。
【０００４】
また、上記マイクロポンプ１０の作動原理は次のとおりである。前記ポンプヘッド部２５には、図３の正面断面図（ａ）に示すように、合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状の前記ダイヤフラム２２を用い、その円外周部は前記バルブケース部２１の最外郭径の円周部で前記ダイアフラムマウント２３に保持されることにより、流体を一時的に溜めるポンプ室２６が形成される。また、前記ダイヤフラムフット２４は、上下方向に往復運動する前記コネクティングスライダ１４の先端にネジ締結され、弾性変形して振幅のある動きが可能となる。
【０００５】
以上より、前記マイクロポンプ１０は、コネクティングスライダ１４によってダイヤフラム２２の中央平面部分を上下に変位させて前記ポンプ室２６の容積を増減させ、その際に発生する圧力変動を利用して、流体を吸入口１７から排出口１８まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する事を特徴とするポンプである。
【特許文献１】特開昭６２−２９１４８４
【特許文献２】特開２００１−０１２３５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプにおけるバルブ機構では、バルブの向きが固定されており、流路は一方向にしか流れず、またそのバルブは内部に組込まれている為、その構造を交換するのも容易ではなく、逆流させることは不可能であった。
【０００７】
したがって、本発明は、上記の問題点を解決し、バルブ機構を簡易化し、容易に送流方向を逆流させることを可能としたバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構である。
【０００９】
バルブ機構がシーソー動作を行うことにより、流体の送液方向を変換することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構である。
【００１１】
２枚のバルブプレートによって、バルブシートを挟み込むことにより、弾性体であるバルブシートにおいて、バルブ部のみがより確実に可動できるようになる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造である。
【００１３】
請求項１及び２記載のバルブ機構を有する容積変動型ポンプであるため、容易に送流方向の変換が可能なポンプを構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、バルブ機構において、弾性材であるバルブシートを剛体であるバルブプレートによって保持し、可動バルブ部を構成し、さらにそのバルブ部間の中央に軸部を設けることによって、バルブシートを保持したバルブプレートがその軸部を支点とし、シーソー動作をすることで、送流方向を自在に変換することが可能となる。また、このときのポンプの形式は問わない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良の形態に係る容積変動型ポンプのバルブ機構について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
ダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を図１に示す。この容積変動型ポンプ１は、２つの流体出入口としてのノズル２、ノズル３を形成するバルブヘッド部７、バルブAｓｓ’ｙ４を固定するバルブケース部８、ダイアフラム５を固定するダイアフラムマウント９より構成される。また、前記ダイアフラム５と前記バルブケース部８によりポンプ室６が区画される。
【００１７】
バルブAｓｓ’ｙ４は、図２に示すように、バルブプレート４a、４ｃ、バルブシート４ｂを組合わせたもので形成される。図示のとおり、前記バルブプレート４a、４ｃは左右対称に孔が開けられた形状をしており、さらに中央に軸部４ｄ、４ｅを形成する。また前記軸部４ｄ、４ｅは前記バルブシート４ｂを挟み込むことが可能なように軸形状をしている。また前記バルブシート４ｂは剛体によって形成されるため、前記バルブシート４ｂを固定することができる。
【００１８】
また、前記バルブシート４ｂは、図示のとおり、左右に孔部を設け、さらにその中に一体形成された、円盤状のバルブ部４ｆ、４ｇを持つように、弾性材にて形成される。以上より、バルブプレート４a、４ｃの間にバルブシート４ｂを挟み込むように固着し、バルブAｓｓ’ｙ４を構成する。これにより、組み合わされた軸部４ｄ、４eを支点とし、シーソー動作が可能となる。
【００１９】
次に流体の流れについて、説明する。まず、本発明の容積変動型ポンプ構造は、図１に示すように、ダイアフラム５が変位することにより、ダイアフラム５とバルブAｓｓ’ｙ４によって隔てられたポンプ室６に圧力差が生じ、ポンプとして機能する。またこの時、バルブAｓｓ’ｙ４自体は固定されている。
【００２０】
可動するバルブAｓｓ’ｙ４を図１（ａ）の状態とした時、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｆはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を開放し、ノズル２から流体を吸引させる。
【００２１】
その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル３へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル２からノズル３へと送流される。
【００２２】
また、図１（ｂ）のバルブAｓｓ’ｙ４の状態では、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｇはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を開放し、ノズル３から流体を吸引させる。
【００２３】
その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル２へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル３からノズル２へと送流される。
【００２４】
また、このときのバルブAｓｓ’ｙ４の動作原理としては、図４に示すような形態が考えられる。これはバルブプレート４ａの中央に設けられた軸部４ｄに磁気吸引部材４ｈを形成する。この両側に、電磁石２６となるような、鉄心にコイルを巻回したものを含む回路を２つ用意し、どちらか片方の回路に電流を流すことにより、バルブAｓｓ’ｙ４が、図１（ａ）もしくは図１（ｂ）の位置にて固定される。
【００２５】
以上のような仕組で、双方向に送流可能なポンプ構造を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、バルブ機構がシーソー動作し、双方向に送液可能となるため、医療機器や化学分析機器等に用いる為の小型微量流体供給装置として、利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。 （ｂ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。
【図２】本発明におけるバルブ機構の実施の一例を示す分解斜視図
【図３】（ａ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す正面断面図 （ｂ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す側面断面図
【図４】本発明におけるバルブ機構の動作原理の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００２８】
１ 容積変動型ポンプ
２，３ ノズル
４， バルブAｓｓ’ｙ
４ａ，４ｃ バルブプレート
４ｂ バルブシート
４ｄ，４ｅ 軸部
４ｆ，４ｇ バルブ部
４ｈ 磁気吸引部材
５，２２ ダイアフラム
６，２６ ポンプ室
７，１９ バルブヘッド部
８，２１ バルブケース部
９，２３ ダイアフラムマウント
１０ マイクロポンプ
１１ 小型モータ
１２ 駆動軸
１３ エキセントリック
１４ コネクティングスライダ
１５ スライダ・カム機構
１６ スライダーケース
１７ 吸入口
１８ 吐出口
２０ バルブ
２４ ダイアフラムフット
２５ ポンプヘッド部
２７ 電磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイアフラムポンプ等における、双方向に送流可能なバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容積変動型ポンプとしては、ピストンやダイアフラム等を用いたものが一般的に知られているが、なかでも、微量な液体を送液するマイクロポンプには数多くの機構原理が存在し、例えば弁機構においてはリードバルブ型、バルブレス型などがあり、又、駆動系では小型モータを用いたダイヤフラム型、ピストン型などの機構を有するマイクロポンプが以前から一般的に知られている（特許文献１）。この種のマイクロポンプは、医療機器及び化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられ、現在、より高精度な制御ができる小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。
【０００３】
図３は、本出願人が先に出願した従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプの一例である（特許文献２）。図示したマイクロポンプ１０は、駆動部側として、例えばコアレスモータなどの小型モータ１１を駆動源とし、前記小型モータ１１の駆動軸１２と、前記駆動軸１１に備えられたエキセントリック１３と、前記エキセントリック１３と摺動するコネクティングスライダ１４からなる前記駆動軸１２の回転運動を往復ピストン運動に変換するスライダ・カム機構１５と、スライダーケース１６より構成され、また、ポンプ部側としては、吸入口１７と排出口１８を備えるバルブヘッド部１９と、吸排出用のバルブ２０をそれぞれ１箇所ずつ有するバルブケース２１部と、ダイアフラム２２と、前記ダイアフラム２２を前記バルブケース２１部に固定するダイアフラムマウント２３から概略構成されている。
【０００４】
また、上記マイクロポンプ１０の作動原理は次のとおりである。前記ポンプヘッド部２５には、図３の正面断面図（ａ）に示すように、合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状の前記ダイヤフラム２２を用い、その円外周部は前記バルブケース部２１の最外郭径の円周部で前記ダイアフラムマウント２３に保持されることにより、流体を一時的に溜めるポンプ室２６が形成される。また、前記ダイヤフラムフット２４は、上下方向に往復運動する前記コネクティングスライダ１４の先端にネジ締結され、弾性変形して振幅のある動きが可能となる。
【０００５】
以上より、前記マイクロポンプ１０は、コネクティングスライダ１４によってダイヤフラム２２の中央平面部分を上下に変位させて前記ポンプ室２６の容積を増減させ、その際に発生する圧力変動を利用して、流体を吸入口１７から排出口１８まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する事を特徴とするポンプである。
【特許文献１】特開昭６２−２９１４８４
【特許文献２】特開２００１−０１２３５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプにおけるバルブ機構では、バルブの向きが固定されており、流路は一方向にしか流れず、またそのバルブは内部に組込まれている為、その構造を交換するのも容易ではなく、逆流させることは不可能であった。
【０００７】
したがって、本発明は、上記の問題点を解決し、バルブ機構を簡易化し、容易に送流方向を逆流させることを可能としたバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構である。
【０００９】
バルブ機構がシーソー動作を行うことにより、流体の送液方向を変換することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構である。
【００１１】
２枚のバルブプレートによって、バルブシートを挟み込むことにより、弾性体であるバルブシートにおいて、バルブ部のみがより確実に可動できるようになる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造である。
【００１３】
請求項１及び２記載のバルブ機構を有する容積変動型ポンプであるため、容易に送流方向の変換が可能なポンプを構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、バルブ機構において、弾性材であるバルブシートを剛体であるバルブプレートによって保持し、可動バルブ部を構成し、さらにそのバルブ部間の中央に軸部を設けることによって、バルブシートを保持したバルブプレートがその軸部を支点とし、シーソー動作をすることで、送流方向を自在に変換することが可能となる。また、このときのポンプの形式は問わない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良の形態に係る容積変動型ポンプのバルブ機構について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
ダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を図１に示す。この容積変動型ポンプ１は、２つの流体出入口としてのノズル２、ノズル３を形成するバルブヘッド部７、バルブAｓｓ’ｙ４を固定するバルブケース部８、ダイアフラム５を固定するダイアフラムマウント９より構成される。また、前記ダイアフラム５と前記バルブケース部８によりポンプ室６が区画される。
【００１７】
バルブAｓｓ’ｙ４は、図２に示すように、バルブプレート４a、４ｃ、バルブシート４ｂを組合わせたもので形成される。図示のとおり、前記バルブプレート４a、４ｃは左右対称に孔が開けられた形状をしており、さらに中央に軸部４ｄ、４ｅを形成する。また前記軸部４ｄ、４ｅは前記バルブシート４ｂを挟み込むことが可能なように軸形状をしている。また前記バルブシート４ｂは剛体によって形成されるため、前記バルブシート４ｂを固定することができる。
【００１８】
また、前記バルブシート４ｂは、図示のとおり、左右に孔部を設け、さらにその中に一体形成された、円盤状のバルブ部４ｆ、４ｇを持つように、弾性材にて形成される。以上より、バルブプレート４a、４ｃの間にバルブシート４ｂを挟み込むように固着し、バルブAｓｓ’ｙ４を構成する。これにより、組み合わされた軸部４ｄ、４eを支点とし、シーソー動作が可能となる。
【００１９】
次に流体の流れについて、説明する。まず、本発明の容積変動型ポンプ構造は、図１に示すように、ダイアフラム５が変位することにより、ダイアフラム５とバルブAｓｓ’ｙ４によって隔てられたポンプ室６に圧力差が生じ、ポンプとして機能する。またこの時、バルブAｓｓ’ｙ４自体は固定されている。
【００２０】
可動するバルブAｓｓ’ｙ４を図１（ａ）の状態とした時、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｆはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を開放し、ノズル２から流体を吸引させる。
【００２１】
その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル３へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル２からノズル３へと送流される。
【００２２】
また、図１（ｂ）のバルブAｓｓ’ｙ４の状態では、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｇはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を開放し、ノズル３から流体を吸引させる。
【００２３】
その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル２へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル３からノズル２へと送流される。
【００２４】
また、このときのバルブAｓｓ’ｙ４の動作原理としては、図４に示すような形態が考えられる。これはバルブプレート４ａの中央に設けられた軸部４ｄに磁気吸引部材４ｈを形成する。この両側に、電磁石２６となるような、鉄心にコイルを巻回したものを含む回路を２つ用意し、どちらか片方の回路に電流を流すことにより、バルブAｓｓ’ｙ４が、図１（ａ）もしくは図１（ｂ）の位置にて固定される。
【００２５】
以上のような仕組で、双方向に送流可能なポンプ構造を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、バルブ機構がシーソー動作し、双方向に送液可能となるため、医療機器や化学分析機器等に用いる為の小型微量流体供給装置として、利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。 （ｂ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。
【図２】本発明におけるバルブ機構の実施の一例を示す分解斜視図
【図３】（ａ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す正面断面図 （ｂ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す側面断面図
【図４】本発明におけるバルブ機構の動作原理の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００２８】
１ 容積変動型ポンプ
２，３ ノズル
４， バルブAｓｓ’ｙ
４ａ，４ｃ バルブプレート
４ｂ バルブシート
４ｄ，４ｅ 軸部
４ｆ，４ｇ バルブ部
４ｈ 磁気吸引部材
５，２２ ダイアフラム
６，２６ ポンプ室
７，１９ バルブヘッド部
８，２１ バルブケース部
９，２３ ダイアフラムマウント
１０ マイクロポンプ
１１ 小型モータ
１２ 駆動軸
１３ エキセントリック
１４ コネクティングスライダ
１５ スライダ・カム機構
１６ スライダーケース
１７ 吸入口
１８ 吐出口
２０ バルブ
２４ ダイアフラムフット
２５ ポンプヘッド部
２７ 電磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、
弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構。
【請求項２】
請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構。
【請求項３】
請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造。
【請求項１】
吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、
弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構。
【請求項２】
請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構。
【請求項３】
請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−９７６００（Ｐ２００６−９７６００Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８５７１６（Ｐ２００４−２８５７１６）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【Ｆターム（参考）】
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